曆史發展
GPS是美國從20世紀70年代開始研制，曆時20年，耗資200億美元，于1994年全面建成，具有在海、陸、空進行全方位實時三維導航與定位功能的新一代衛星導航與定位系統。經近10年我國測繪等部門的使用表明，GPS以全天候、高精度、自動化、高效益等顯著特點，赢得了廣大測繪工作者的信賴，并成功地應用于大地測量、工程測量、航空攝影測量、運載工具導航和管制、地殼運動監測、工程變形監測、資源勘察、地球動力學等多種學科中，從而給測繪領域帶來了一場深刻的技術革命。
GPS是美國第二代衛星導航系統。它是在子午儀衛星導航系統的基礎上發展起來的，它采納了子午儀系統的成功經驗。按目前的方案，GPS的空間部分使用24顆高度約2.02萬千米的衛星組成衛星星座。24顆衛星均為近圓形軌道，運行周期約為11小時58分，分布在6個軌道面上（每軌道面4顆），軌道傾角為55度。衛星的分布使得在全球任何地方、任何時間都可觀測到4顆以上的衛星，并能保持良好定位解算精度的幾何圖形。這就提供了在時間上連續的全球導航能力。
GPS主要由三大組成部分：空間部分、地面監控部分和用戶設備部分。GPS系統具有高精度、全天候、使用廣泛等特點。
全球定位系統的發明
20世紀70年代，美國國防部為了給陸、海、空三大領域提供實時、全天候和全球性的導航服務，并進行情報收集、核爆監測和應急通訊等一些軍事目的，開始研制“導航衛星定時和測距全球定位系統”，簡稱全球定位系統。1973年，美國國防部開始設計、試驗。1989年2月4日，第一顆GPS衛星發射成功，到1993年底建成了實用的GPS網，即（21+3GPS）星座，并開始投入商業運營。經過20餘年的研究實驗，耗資300億美元，到1994年3月，全球覆蓋率高達98%的24顆GPS衛星星座已經布設完成。
發展曆史
GPS是指利用GPS衛星，向全球各地全天候、實時性地提供三維位置、三維速度等信息的一種無線電導航定位系統。GPS的前身是1958年美國軍方研制的一種子午儀( Transit)衛星定位系統，1964年正式投入使用，該系統用5-6顆衛星組成的星網工作，每天最多繞過地球13圈，并且無法給出高度信息，在定位精度方面也不盡如人意。然而，子午儀衛星定位系統使得研發部門對衛星定位取得了初步的經驗，并驗證了由衛星系統進行定位的可行性，這就為GPS的研制做了鋪墊。由于衛星定位顯示出在導航方面的巨大優越性以及子午儀系統存在對潛艇和艦船導航方面的巨大缺陷，美國陸、海、空三軍及民用部門都感到迫切需要一種新的衛星導航系統。
20世紀70年代，陸、海、空三軍聯合研制了新一代全球定位系統，GPS主要目的是為陸、海、空三軍提供實時、全天候和全球性的導航服務，并用于情報搜集、核爆炸監測和應急通信等一些軍事目的，經過20餘年的研究實驗，耗資300億美元，到1994年，全球覆蓋率高達98%的24顆GPS衛星星座已布設完成。GPS已經經曆了第一代和第二代，現在已升級到第三代，以保持其在導航定位系統的霸主地位，從目前來看，GPS是全球範圍内精度最高、覆蓋範圍最廣的導航定位系統。
最初的GPS計劃是在美國聯合計劃局的領導下制定的，該方案将24顆衛星放置在互成1200的三個軌道上。每個軌道上有8顆衛星，地球上任何一點均能觀測到6-9顆衛星。這樣，粗碼精度可達100m，精碼精度為10m。由于預算的壓縮，GPS計劃不得不減少衛星發射數量，改為将18顆衛星分布在互成600的6個軌道上，然而這一方案保障不了衛星的可靠性。1988年又進行了最後一次修改：21顆工作衛星和3顆備用衛星工作在互成600的6個軌道上。這也是目前GPS衛星所使用的工作方式。
工作原理
定位原理
GPS定位包括僞距單點定位、載波相位定位和實時差分定位。
1．僞距測量及僞距單點定位
僞距測量就是測定衛星到接收機的距離，即由衛星發射的測距碼信号到達GPS接收機的傳播時間乘以光速所得的距離。僞距法單點定位，就是利用GPS接收機在某一時刻測定與4顆以上GPS衛星的僞距，及從衛星導航電文中獲得的衛星瞬時坐标，采用距離交會法求出天線在WGS-84坐标系中的三維坐标。
2．載波相位測量及載波相位定位
載波相位測量是測定GPS衛星載波信号到接收機天線之間的相位延遲。GPS衛星載波上調制了測距碼和導航電文，接收機接收到衛星信号後，先将載波上的測距碼和衛星電文去掉，重新獲得載波，稱為重建載波。GPS接收機将衛星重建載波與接收機内由振蕩器産生的本振信号通過相位計比相，即可得到相位差。
3．實時差分定位
GPS實時差分定位的原理是在已有的精确地心坐标點上安放GPS接收機（稱為基準站），利用已知的地心坐标和星曆計算GPS觀測值的校正值，并通過無線電通信設備（稱為數據鍊）将校正值發送給運動中的GPS接收機（稱為流動站）。流動站利用校正值對自己的GPS觀測值進行修正，以消除上述誤差，從而提高實時定位精度。GPS動态差分方法有多種，主要有位置差分、僞距差分( RTD)、載波相位實時差分(RTK)和廣域差分等。
GPS信号的接收與測量原理
主動測距與被動測距
GPS屬于被動式衛星導航系統，在被動式測距系統中，用戶天線隻需要接收來自這些衛星的導航定位信号，從而就可測得用戶天線至衛星的距離或距離差。這種發送測距信号和接收測距信号分别位居兩個不同地方的測距方式，稱為被動測距。用它所測得的站星距離，并利用已知的衛星在軌位置，可推算出用戶天線的三維位置。這種基于被動測距原理的定位，稱為被動定位。如果發送設備所發射的測距信号經過反射器的反射或轉發，又返回到發送點，為其接收設備所接收，進而測得測距信号所經曆的距離。這種發送和接收測距信号位于同一個地方的測距原理，稱為主動測距。用它所測得的站星距離和已知的衛星在軌位置，也可推算出用戶現時的三維位置。這種基于主動測距原理的定位，稱為主動定位。
GPS僞距測量
GPS全球定位系統采用多星高軌測距體制，以距離作為基本觀測量，通過對4顆衛星同時進行僞距測量，即可推算出接收機的位置。由于測距可在極短的時間内完成，即定位是在極短的時間内完成的，故可用于動态用戶。
現代測距實質上是使用無線電信号測量其傳播時間來推算距離。可以測量往返傳播延遲，也可以測量單程傳播延遲。往返傳播測距即主動測距，要求衛星與用戶均具備收發能力。對用戶來說，這不僅大大增加了儀器的複雜程度，而且從隐蔽性來看也是十分不利的，因為發射信号易造成暴露。單程測距（即被動測距）則在很大程度上避免了上述的缺點。但單程測距要求衛星與用戶接收機的時鐘同步。如果兩個時鐘不同步，那麼在所測量的傳播延時時間中，除了因衛星至用戶接收機之間距離所引起的傳播延遲之外，還包含了兩個時鐘的鐘差。要達到衛星與用戶時鐘同步，在實際工作中很難做到，但可通過适當方法解決。
僞随機碼與僞随機碼測距
在有噪聲幹擾的情況下，綜合考慮測距精度、信号帶寬、所需功率及不同衛星識别等問題，全球定位系統采用了僞随機碼測距技術。僞随機碼又稱為僞噪聲碼，是一種可以預先确定并可以重複地産生和複制，又具有随機統計特性的二進制碼序列。在深空通信場合，利用僞随機編碼信号可以實現低信噪比接收，大大改善了通信的可靠性，且可實現碼分多址通信。此外，利用僞随機編碼信号可以實現高性能的保密通信。這些特點正符合GPS系統的技術要求。
根據信号檢測理論的普遍結果，在噪聲為具有均勻功率譜的白噪聲條件下，測距的最佳接收機是一個相關接收機。這種接收方式是用發射信号的複制信号（稱為本地信号）和所接收到的信号與噪聲之和進行相關計算，然後通過測量相關函數的最大值的位置來确定目标的距離。從相關接收的方式來看，要求測距信号具有類似白噪聲的自相關特性。僞随機碼測距技術就是這一思想的體現。
用僞随機碼測定信号傳播延遲，需檢測相關輸出的極大值。這隻能靠逐碼位地移動本地碼進行檢測。考慮到檢測是在積分器進行積分之後進行的，積分時間又不宜太短，這樣檢測到最大相關輸出就要花費一定的時間，即需要一定的捕獲時間。在事先不知道待測距離及站鐘鐘差的情況下，碼越長，所需要的捕獲時間就越長。為了縮短捕獲時間，GPS衛星還播發一種短碼，即C/A碼，也稱租碼。由于C/A碼是采用兩個具有良好互相關特性的同碼序列構成的戈爾德碼族，與P碼保持同步，所以在捕獲C/A碼後，可以很方便地捕獲P碼。
組成部分
全球定位系統由以下三個部分組成：空間部分(GPS衛星)、地面監控部分和用戶部分。GPS衛星可連續向用戶播發用于進行導航定位的測距信号和導航電文，并接收來自地面監控系統的各種信息和命令以維持系統的正常運轉。地面監控系統的主要功能是：跟蹤GPS衛星，對其進行距離測量，确定衛星的運行軌道及衛星鐘改正數，進行預報後，再按規定格式編制成導航電文，并通過注入站送往衛星。地面監控系統還能通過注入站向衛星發布各種指令，調整衛星的軌道及時鐘讀數，修複故障或啟用備用件等。用戶則用GPS接收機來測定從接收機至GPS衛星的距離，并根據衛星星曆所給出的觀測瞬間衛星在空間的位置等信息求出自己的三維位置、三維運動速度和鐘差等參數。目前，美國正緻力于進一步改善整個系統的功能，如通過衛星間的相互跟蹤來确定衛星軌道，以減少對地面監控系統的依賴程度，增強系統的自主性。
空間部分
GPS衛星
GPS衛星的主體呈圓柱形，兩側有太陽能帆闆，能自動對日定向。太陽能電池為衛星提供工作用電。每顆衛星都配備有多台原子鐘，可為衛星提供高精度的時間标準。衛星上帶有燃料和噴管，可在地面控制系統的控制下調整自己的運行軌道。GPS衛星的基本功能是：接收并存儲來自地面控制系統的導航電文；在原子鐘的控制下自動生成測距碼和載波；并将測距碼和導航電文調制在載波上播發給用戶；按照地面控制系統的命令調整軌道，調整衛星鐘，修複故障或啟用備用件以維護整個系統的正常工作。不同型号的衛星的外形也各不相同。
GPS衛星可分為試驗衛星和工作衛星兩類。各種類型的基本特征如下：
(1)試驗衛星
試驗衛星也稱原型衛星。衛星重774kg(包括310kg的燃料)，設計壽命為5年。為滿足方案論證和整個系統試驗、改進的需要，美國1978-1985年間從加利福尼亞州的範登堡空軍基地用 Atlas火箭先後發射了11顆試驗衛星。其中第7顆衛星發射失敗，未進入預定軌道。1995年底，最後一顆試驗衛星停止工作。
(2)工作衛星
BlockⅡ衛星重約1.5t，設計壽命為7.5年。每顆衛星耗資4800萬美元。1989年2月至1990年10月間，從佛羅裡達州的肯納維拉爾空間基地用 DeltaⅡ火箭發射了9顆 BlockⅡ衛星。與試驗衛星相比，BlockⅡ衛星作了許多改進，衛星可存儲14天的導航電文，并具有實施SA和AS的能力。BlockⅡA衛星(A：Advanced)重約17t，衛星設計壽命為7.5年，衛星具備互相通信的能力。衛星存儲導航電文的能力增加至180天。SVN35和SVN36衛星上配備了激光反射棱鏡，可以通過激光測距來分析衛星鐘和衛星星曆的誤差，檢驗GPS測距的精度。反射棱鏡的大小為24cm×20cm。
控制部分
地面監控部分是由分布在世界各地的五個地面站組成，按功能可分為監測站、主控站和注入站三種。監測站内設有雙頻GPS接收機、高精度原子鐘、氣象參數測試儀和計算機等設備，主要任務是完成對GPS衛星信号的連續觀測，并将搜集的數據和當地氣象觀測資料經過處理後傳送到主控站。主控站除了協調管理地面監控系統外，還負責将監測站的觀測資料聯合處理，推算衛星的星曆、衛星鐘差和大氣修正參數，并将這些數據編制成導航電文送到注入站；另外，它還可以調整偏離軌道的衛星，使之沿預定軌道運行，調度備用衛星，以替代失效的衛星開展工作。注入站的主要任務是将主控站編制的導航電文、計算出的衛星星曆和衛星鐘差的改正數等，通過直徑為3.6m的天線注入相應的衛星。
用戶部分
用戶設備主要由GPS接收機、硬件和數據處理軟件、微處理機及終端設備組成；GPS接收機由主機、天線和電源組成。其主要任務是捕獲、跟蹤并鎖定衛星信号；對接收的衛星信号進行處理，測量出GPS信号從衛星到接收機天線間傳播的時間；譯出GPS衛星發射的導航電文，實時計算接收機天線的三維位置、速度和時間。
GPS特點
GPS是目前成用最為成功的衛星定位系統，被譽為人類定位技術的一個裡程碑。歸納起來，系統具有以下特點：
(1)全球，全天候連續不斷的導航定位能力。GPS能為全球任何地點或近地空間的各類用戶提供連續的、全天候的導航定位能力，用戶不用發射信号，因而能滿足多用戶使用。
(2)實時導航，定位精度高，觀測時間短。利用GPS定位時，在1s内可以取得幾次位置數據，這種近乎實時的導航能力對于高動态用戶具有很大的意義，同時能為用戶提供連續的三維位置、三維速度和精确的時間信息。目前利用C/A碼的實時定位精度可達20-50m，速度精度為0.1m/s，利用特殊處理可達0.005m/s，相對定位精度可達毫米級。
随着GPS系統的不斷完善和軟件的不斷更新，目前20km以内相對靜态定位僅需15-20min，快速靜态相對定位測量時，當每個流動站與基準站相距在15km以内時，流動站觀測時間隻需1-2min，然後可随時定位，每站觀測隻需幾秒。
(3)測站無需通視：GPS測量隻要求測站上空開闊，不要求測站之間互相通視，因此可節省大量的造标費用（一般造标費用占總經費的30%、50%）。由于無需點間通視，點位位置可根據需要可疏可密，這樣就使得選點工作變得非常靈活，也可省去經典測量中的傳算點、過渡點的測量工作。
(4)可提供全球統一的三維地心坐标：GPS測量可同時精确測定測站平面位置和大地高程。目前GPS水準可滿足四等水準測量的精度，另外，GPS定位是在全球統一的WGS-84坐标系統中計算的，因此全球不同地點的測量成果是相互關聯的。
(5)儀器操作簡便：随着GPS接收機的不斷改進，GPS測量的自動化程度越來越高。在觀測巾測量員隻需安置儀器，連接電纜線，量取天線高，監視儀器的工作狀态，而其他觀測工作，如衛星的捕扶，跟蹤觀測和記錄等均由儀器自動完成，結束測量時，僅需關閉電源，收好接收機，便完成了野外數據采集任務。
如果往一個測站上需做長時間的連續觀測，還可以通過數據通信方式将所采集的數據傳送到數據處理中心，實現全自動化的數據采集與處理。另外，接收機的體積也越來越小，相應的重量也越來越輕，極大地減輕測量作者的勞動強度，使野外工作變得更為輕松。
(6)抗幹擾能力強、保密性好：GPS采用擴頻技術和僞碼技術，用戶隻需接收GPS信号，自身不會發射信号，出而不會受到外界其他信号源的幹擾。
(7)功能多、應用廣泛：GPS是軍、民兩用系統，其應用範圍十分廣泛。具體的應用實例包括：汽車導航和交通管理、巡線車輛管理、道路工程、個人定位以及導航儀等。
GPS接收機
GPS接收機的主要功能是接收GPS衛星信号并經過信号放大、變頻、鎖相處理，測定GPS信号從衛星到接收機天線間的傳播時間，解釋導航電文，實時計算GPS天線所在位置（三維坐标）及運行速度等。GPS接收機是一種被動式無線電定位設備，按不同用途分為導航型接收機、測地型接收機、授時型接收機和姿态測量型接收機；按接收機通道數可以分為多通道接收機、序貫通道接收機和多路複用通道接收機。
GPS接收機主要由GPS接收天線、GPS接收機主機和電源三部分組成。
1．GPS接收機天線
GPS接收機天線由天線單元和前置放大器兩部分組成。天線的作用是将GPS衛星信号的微弱電磁波能量轉化為相應電流，并通過前置放大器将接收到的GPS信号放大。
2．GPS接收機主機
接收機主機由變頻器、信号通道、微處理器、存儲器和顯示器組成。變頻器的主要任務是使接收到的L頻段射頻信号變成低頻信号。信号通道是軟硬件結合的電路，是接收機的核心部分，其作用是搜索、牽引并跟蹤衛星，對廣播電文信号進行解擴、解調成為廣播電文，進行僞距測量、載波相位測量及多普勒頻移測量。存儲器用于存儲一小時一次的衛星星曆、衛星曆書、接收機采集到的碼相位僞距觀測值、載波相位觀測值及多普勒頻移。微處理器是GPS接收機工作的核心，GPS接收機的工作都是在微機指令的統一協同下進行的。GPS接收機都有液晶顯示屏，以提供GPS接收機的工作信息，并配有一個控制鍵盤，以便用戶控制接收機的工作。
3．GPS接收機電源
GPS接收機電源有兩種，一種為内電源，一般采用锂電池，主要對RAM存儲器供電；另一種為外接電源，常用可充電的12V直流鎳镉電池組。
GPS接收機分類
GPS接收機按照不同的分類标準，可以分為不同類型。
(1)按工作原理劃分，可分為碼相關型接收機、平方型接收機和混合型接收機。碼相關型接收機能夠産生與所測衛星測距碼結構完全相同的複制碼，利用的是C/A碼或P碼，條件是掌握測距碼結構。平方型接收機利用載波信号的平方技術去掉調制碼，獲得載波相位測量所必需的載波信号，該機隻利用衛星信号，無須解碼，不必掌握測距碼結構，又稱無碼接收機。混合型接收機綜合利用了碼相關技術和平方技術的優點，同時獲得碼相位和精密載波相位觀測量，目前廣泛使用。
(2)根據接收機信号通道類型劃分，可分為多通道接收機、序貫通道接收機及多路複用通道接收機。多通道接收機具有多個衛星信号通道，每個通道隻連續跟蹤一個衛星信号，也稱連續跟蹤型接收機。序貫通道接收機隻有1-2個信号通道，為了跟蹤多個衛星，在相應軟件控制下按時序依次對各衛星信号進行跟蹤量測，依次量測一個循環所需時間較長（大于20 m/s），對衛星信号的跟蹤是不連續的。多路複用通道接收機與序貫通道接收機相似，也隻有1-2個信号通道，在相應軟件控制下按時序依次對各衛星信号進行跟蹤量測，依次量測一個循環所需時間較短（小于20 m/s），可保持對衛星信号的連續跟蹤。
(3)根據所接收的衛星信号頻率劃分，可分為單頻接收機和雙頻接收機。單頻接收機( L1)隻接收調制的L1信号，雖然可利用導航電文提供的參數，對觀測量進行電離層影響修正，但由于修正模型尚不完善，精度較差，主要用于小于20 km的短基線精密定位。雙頻接收機( L1+L2)同時接受L1和L2兩種信号，利用雙頻技術，可消除或減弱電離層折射對觀測量的影響，定位精度較高。按信号頻率對衛星信号進行劃分是使用較多的類型。
(4)按接收機用途劃分，可分為導航型、測量型和授時型。導航型主要用于确定船舶、車輛、飛機等運載體的實時位置和速度，保障按預定路線航行或選擇最佳路線，其采用測碼僞距為觀測量的單點實時定位或差分GPS定位，精度低，結構簡單，價格便宜，應用廣泛。測量型接收機采用載波相位觀測量進行相對定位，精度高，觀測數據可測後處理或實時處理( RTK)，需配備功能完善的數據處理軟件，與導航型相比，結構複雜，價格昂貴。授時型接收機主要用于天文台或地面監控站，進行時頻同步測定。
接收機工作原理
天線的基本作用是把來自于衛星信号的能量轉化為相應的電流，并經前置放大器進行頻率變換，以便對信号進行跟蹤、處理和量測。
當GPS衛星在用戶視界升起時，接收機能夠捕獲到按一定衛星高度截止角所選擇的待測衛星，并能夠跟蹤這些衛星的運行；對所接收到的GPS信号，具有變換、放大和處理的功能，以便測量出GPS信号從衛星到接收天線的傳播時間，解譯出GPS衛星所發送的導航電文，實時地計算出測站的i維位置，甚至三維速度和時間。GPS信号接收機不僅需要功能較強的機内軟件，而且需要一個多功能的GPS數據測後處理軟件包。接收機加處理軟件包，才是完整的GPS信号用戶設備。
接收設備的誤差
接收設備誤差主要包括觀測誤差、接收機鐘差、載波相位觀測的整周不确定性影響和天線相位中心誤差。
(1)觀測誤差。除分辨誤差外，還包括接收天線相對測站點的安置誤差。分辨誤差一般認為約為信号波長的1%。安置誤差主要有天線的置平與對中誤差和量取天線相位中心高度（天線高）誤差。例如當天線高1.6 m，置平誤差0.10，則對中誤差為2.10 mm。
(2)接收機鐘差。GPS接收機一般設有高精度的石英鐘，日頻率穩定度為10-11。如果接收機鐘與衛星鐘之間的同步差為1s，則引起的等效距離誤差為300 m。處理接收機鐘差的方法有作為未知數，在數據處理中求解；利用觀測值求差方法，減弱接收機鐘差影響；定位精度要求較高時，可采用外接頻标，如铷、铯原子鐘，提高接收機時間标準精度。
(3)載波相位觀測的整周未知數。無法直接确定載波相位相應起始曆元在傳播路徑上變化的整周數。同時存在因衛星信号被阻擋和受到幹擾，而産生信号跟蹤中斷和整周變跳。
(4)天線相位中心位置偏差。GPS定位中，觀測值都是以接收機天線的相位中心位置為準，在理論上，天線相位中心與儀器的幾何中心應保持一緻，實際中，其随着信号輸入的強度和方向不同而有所變化，同時與天線的質量有關，可達數毫米至數厘米。如何減小相位中心的偏移，是天線設計的一個迫切問題。
實際運用
全球定位系統一般主要是指GPS，盡管俄羅斯、歐洲及中國也紛紛建立自身的全球定位系統，但就技術而言，美國建立的GPS技術處于先進地位。本節所指的定位系統應用主要依據是GPS的應用，我們相信在不久的将來，其他定位系統也将發揮自身的作用，同樣也能實現相應領域的應用。
(1)精密工程、測量及變形監測中的應用
将應用GPS衛星定位技術建立的控制網叫GPS網，GPS網分為兩大類，一類是全球或全國性的高精度GPS網；一類是區域性的GPS網。大地測量的科研任務是研究地球形狀及其随時間的變化，利用全球覆蓋的高精度GPS網建立起高精度的動态坐标框架。區域GPS網是指國家C、D、E級GPS網或專為工程項目布測的工程GPS網。
(2)交通系統中的應用
對當前位置的定位以及對目标物的定位是地面車輛導航系統的兩個關鍵技術。前者需要GPS獲取點位根據，而後者則偏重以數字地圖為基礎，确定點位置，這實際上是一個地圖相關分析的問題。
随着我國城市建設規模的擴大，車輛日益增多，交通運輸的經營管理和合理調度，警用車輛的指揮和安全管理已成為公安、交通系統的一個重要問題。GPS導航定位技術的出現給車輛、輪船等交通工具的導航定位提供了具體的實時的定位能力。用于公安、交通系統的主要有：車輛GPS定位與無線電通信系統相結合的指揮管理系統；應用GPS差分技術的指揮管理系統。GPS車輛導航應用範圍很廣，如運輸線路導航、突發事件車輛導航、車輛派遣等一一般地，智能型車輛和高速公路系統根據其功能可以分為4種：自動式系統、車隊管理系統、咨詢型導航系統和普查型系統。車隊管理系統可對多輛車進行操作，并設有捌度中心；咨詢型導航系統融合自動式系統和車隊管理系統；普查型系統通常由自動式車輛加載攝像機或數字式的照相機組成，可用于獲取時間、點位特性的道路信息，
(3)地球動力學中的應用
用GPS來監測全球和區域闆塊運動，監測區域地殼運動，對地球成因及動力機制的研究。研究地下斷層活動模式、應力場變化，對地震危險值估計和預報。為了進行我國地殼形變監測，由地震局、總參測繪局、國家測繪局、中國科學院承擔的“九五”重大科學工程項目“中同地殼運動監測網絡工程”已于2000年建成。武漢測繪科技大學利用雲南滇西兩期GPS監測資料，反演紅河斷裂帶低下斷層活動模式，對1996年雲南麗江地震作了較為準确的中期預報，其位置誤差為27 km，震源深度誤差為0-6 km．震級完全準确，揭示了用GPS監測資料做中期地震預報的可能性。
(4)氣象學中的應用
利用GPS理論和技術來遙測地球大氣、進行氣象學的理論和方法研究稱為GPS氣象學( GPSIMET)i GPS氣象學的研究始于20世紀10年代後期，最先在美國起步，在美國取得理想的試驗結果後，在其他國家如日本也逐步開始GPS在氣象中的應用。GPS/MET探測數據具有覆蓋範圍廣（全球）、高垂直分辨率、高精度和高長期穩定的特點。
地球的大氣相當于一個透鏡，電磁波信号（如載波）在大氣中的傳輸路徑将因大氣折射而發生曲折，氣體密度越大，信号折射越強烈，波傳輸越慢，低軌GPS接收機接收到經折射的信号，可計算出綜合信号折射率。經過适當的轉換，電磁波的折射路徑在各層大氣中的垂直結構可以重構。無線電采用微波轉換器由GPS衛星向接收機發射信号，傳播中需經過某種介質，研究信号傳輸的性質就可以探清陔介質的性質。大氣中有3種GPS信号折射源，即幹燥物、水氣和電離層物質。
(5)軍事中的應用
軍事上可用于協同作戰、導彈的制導、搜索及救援人員野外定位。協同作戰方面，GPS可為各級指揮系統提供各種目标及事件所發生的時間和地點。導彈的制導方面，美伊戰争70%左右使用GPS輔助制導，使戰斧式巡航導彈從l 600 km的地方準确打擊一個小房子的目标。搜索及救援人員野外定位方面，在茫茫的沙漠上，沒有任何标志，主要靠導航衛星進行定位，才能知道自己在什麼地方。在海警艦艇航行應用中，我國利用北鬥衛星導航系統不僅規避了全球定位系統隐藏的安全風險，而且可以完成艦艇定位、導航、管理以及指揮控制等多項工作。
(6)農業中的應用
GPS系統在精細農業實施過程中異常重要：能對農田各種信息給予精确定位，包括對農機車輛導航、平地、精确播種、噴藥、撒肥、數據管理以及作物活力檢測和變量控制。精準農業中較為成熟的、效益較好的應用包括：自動駕駛、施肥、噴藥和播種等。GPS對于土壤養分分布調查、檢測作物産量和農田管理在效率、準确率上比人的管理高很多；在聯合收割機上配置監視器和GPS接收機，構成作物産量監視系統；通過和土壤養分含量分布罔的綜合分析，可以找出影響作物産量的相關因素，從而進行具體的田間施肥等管理工作。利用棕色土壤和綠色作物葉子反射光波波長的差
可辨别土壤、作物和雜草。利用反射光波的差别，鑒别缺乏營養或感染病蟲害的作物葉子。施加除草劑有兩種方法，①利用雜草檢測傳感器，采集田間雜草信息，通過變量噴灑設備的控制系統，控制除草劑的噴施量；②事先用雜草傳感器繪制出田間雜草斑塊分布圖，由電子地圖輸出處方，通過變量噴藥機械實施。
(7)野生動物保護中的應用
美國土地管理局于20世紀10年代中葉開發了基于GPS的地理信息系統( Geographic Information System，GIS)，美國土地局分季度收集一次野生動物資源的有關信息，如生态條件以及野生動物栖息地分布、野生動物數量等。美國西部生活着數以萬計的野馬和野牛。建立野生動物管理系統，其主要目的在于：采用聲音錄入代替舊的手工輸入方法；能顯示當前和曆史的飛行路線，對野生動物分布進行精确定位。實際工作中，在飛機或車輛上安裝該系統，在空中尋找野生動物，用聲音錄入方式記錄有關信息，GPS點位數據自動存儲到數據庫中。必要時可以按照曆史航線進行不同時期的對比分析，結合現時與曆史資料可以進行野生動物活動區域的動态監測。
(8)在突發事件中的應用
對突發事件的反應時間長短某種程度上影響了事件的損失程度。在突發事件如醫療、火警、交通事故的快速反應中.GPS和GIS起到決定性作用。一般地，建立突發事件救助系統可大緻包括：①車載部分．，載有GPS設備，通過适當軟件處理，獲得地理坐标；②通信系統。采用雙通道蜂窩通信網，事件發生後，駕駛人員啟動求助系統，請求幫助種類（報警、醫療等）及傷害程度等；③處理中心。可接收用戶信号，在GIS的輔助下，迅速對事發地點進行查詢、定位，并根據用戶提供的求助信息類别，确定相應的急救措施。GIS包括數字化的地圖和屬性信息，可以進行突發事件的發生地點在數字地圖上的查詢和定位以及調度人員對最短路線的選擇，GPS則可以使急救車輛的點位等信息及時反饋到主控中心，以便調度。
(9)旅遊中的應用
随着人們生活質量的提高，GPS服務逐步應用到私人旅遊及野外考察中，到風景秀麗的地區去旅遊，到原始大森林、雪山峽谷或者大沙漠地區去進行野外考察，安裝于車内的GPS接收機将充分發揮其全球定位的功能成為駕駛者最忠實的向導。在驅車遊覽風景的途中，乘車者可以随時知道車輛所在位置及行走速度和方向，從而避免迷失路途。即使在途中出現麻煩，GPS監控服務中心會及時提供指示、連接最近的救援機構，積極采取行動。通過GPS監控中心提供的友情遠程服務，即使乘車者車行萬裡，仍不失在家的感覺。提供出行路線規劃是汽車導航系統的一項重要輔助功能，包括自動線路規劃和線路設計。自動線路規劃由計算機軟件按要求自動設計最佳行駛路線包括最快的路線、最簡單的路線、通過高速公路路段次數最少的路線等的計算。人工線路設計是由駕駛者根據自己的目的地設計起點、終點和途經點等，自動建立線路庫。
全球定位系統的應用還包括航空攝影測量，線路勘測及隧道貫通測量，地形、地籍及房地産測量，海洋測繪，工程施工測量、大橋施工控制網建立、海上勘探平台沉降監測、大橋動态實時形變監測、高層建築實時變形監測。GPS更高效的服務将在生産、生活中的各個領域得到應用。
GPS在物流領域的應用主要體現在以下方面：
1．貨物跟蹤GPS計算機信息管理系統可以通過GPS和計算機網絡實時收集全路列車、機車、車輛、集裝箱及所運貨物的動态信息，實現對陸運、水運貨物的跟蹤管理。隻要知道貨車的車型、車号或船舶的編号就可以立即從鐵路網或水運網中找到該貨車或船舶，知道它們所處的位置，距離運輸目的地的裡程以及所有裝運貨物的信息。運用這項技術可以大大提高運營的精确性和透明度，為貨主提供高質量的服務。
2．與地理信息系統( GIS)結合解決物流配送。物流包括訂單管理、運輸、倉儲、裝卸、送遞、報關、退貨處理、信息服務及增值業務。全過程控制是物流管理的核心問題。供應商必須全面、準确、動态地把握散布在全國各個中轉倉庫、經銷商、零售以及汽車、火車、飛機、輪船等各種運輸環節之中的産品流動狀況，并據此制訂生産和銷售計劃，及時調整市場策略。因此，對大型供應商而言，沒有全過程的物流管理就談不上建立有效的分銷網絡；對于大型連鎖零售商而言，沒有全過程的物流管理就談不上建立供應配送體系；對于第三方物流服務商、倉儲物流中心，沒有面向全過程的物流管理服務就很難争取到客戶的物流業務；對于普通用戶而言，沒有快速、準确、安全、可靠的物流配送服務，網上采購幾乎是不可想象的。物流配送的過程主要是貨物的空間位置轉移的過程，在物流配送過程中，要涉及貨物的運輸、倉儲、裝卸、送達等業務環節，對各個環節涉及的問題如運輸路線的選擇、倉庫位置的選擇、倉庫容量設置、合理裝卸策略、運輸車輛調度和投遞路線選擇等進行有效管理和決策分析，有助于物流配送企業有效地利用現有資源、降低消耗、提高效率。事實上，仔細分析上述各個環節存在的問題就可以發現，上面的問題都涉及地理要素和地理分布。凡是涉及地理分布的領域都可以應用GIS技術，GPS/GIS技術是全過程物流管理中不可缺少的組成部分。
